中国专家:发现超光速中微子的实验应该可信

2011年09月28日 18:46 次阅读 稿源: 条评论
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新闻来源:北京晚报
一项由欧洲研究人员发布的实验结果称:在730公里的实验距离中,中微子比光速快了60纳秒。这个结果与爱因斯坦的相对论相悖,参与这个实验的科学家甚至向全球物理学者发出了召唤,期待整个物理学界进行核查。


物理学界的反应相当小心,持保留态度的居多,但也有人愤然质疑,英国的一位物理学教授公开表示,“如果中微子超光速运行,我就把自己的拳击内裤吃掉并且在电视上现场直播”。

  相较于学术界的严谨,公众的八卦热情却持续高涨,大家期待“看到过去的自己”、 “重活一次”等“穿越梦”成真。本报记者昨天采访了多年从事大亚湾反应堆中微子实验、中国科学院高能物理研究所研究员曹俊,希望能为公众带来更多科学、理性的解读和分析。

  诺奖大师:“非常非常不可能”

  前来参加今天开幕的“2011诺贝尔获奖者北京论坛”的大师们,这两天也被频频追问有关中微子超光速是否可能的话题。据新华社记者报道:三位世界顶级的物理学家在论坛前的采访中对光速被超越这个热点进行了回应。

  “如果这是正确的,我们就要把所有已知的事物重新思考了,”欧洲大型强子对撞机奠基人之一、牛津大学能源研究部主任克里斯·史密斯说,“我认为这个实验结果几乎可以确认是错误的。”

  “我打赌他们是错的”,乔治·斯穆特说,这个发现需要研究人员的进一步验证。据了解,若该实验是正确的,爱因斯坦理论中广为人知的“光速无法超越”将被打破,若证明超光速存在,则将现代物理学彻底颠覆,人类的物理知识将上升到另一个高度。穿越、平行空间、多维度、星球大战……这些只有电影中才存在的东西或许将离我们越来越近。

  “我不会用完全不可能这样强烈的字眼,但是仍然是非常非常不可能,”克里斯·史密斯说,“如果有人做了一个非常规的理论声明,你就需要非常规的例子去证明。所以我们需要在其他实验中也进行非常规的证明。”他说:“但是我们目前没有其他的证明,所以我不能认为这是正确的。”

  在欧洲核子研究中心工作的诺贝尔物理学奖获得者卡罗·卢比亚说,这是个很难而且很微妙的实验,是难以置信的惊奇,因为它将挑战爱因斯坦的相对论,而百年来挑战爱因斯坦的人没有一个成功。这不仅是发现了一个异常,而是要推翻爱因斯坦的全部理论,我们目前还没有和爱因斯坦的相对论等同的东西。对于是否会进行相同的实验来验证此次结果,卡罗·卢比亚说,所有人都在尝试做相同的实验,结果三四年就会出来。

  “这次确实是一个严肃的科学事件”

  记者:我们知道,这些年,声称推翻相对论的事件绝不只有这一次,而事后基本上都证明是夸夸其谈。那么,这一次是不是又只是一个新闻事件而并非科学事件?

  曹俊(立即打开了欧洲核子中心的官方网站给记者看):这次确实是一个严肃的科学事件。欧洲核子中心已经连续多天把这件事情放在了官方网站的首页。欧洲核子中心是高能物理领域最大的研究中心,也几乎是最权威的机构。在欧洲核子中心进行的实验获得过两次诺贝尔奖,他们还发明了国际互联网和网格计算。这个实验结果能占据这个非常严肃的科学网站的首页,绝不会仅仅是说大话,而且,这次实验中的中微子也正是由欧洲核子中心发射的。我想,这个实验本身的科学性和严谨性应该都是可以相信的。

  记者:如果实验本身是没有问题的,参与试验的科学家为什么会号召全球物理学界进行核查,这种核查是怎么进行呢,他们向学界提供了充足的、比目前公布出来的更多的数据和资料以供审查吗?

  曹俊:高能物理实验中的很多数据都是保密的,不会完全对公众公开,也不会完全对研究界公开。他们提出希望其他学者进行核查,并不是指核查他们的数据。OPERA实验是一个有200名科学家参与的著名实验,按高能物理的传统,正式发表的结果肯定经过了反复推敲验证,在内部进行了多次独立分析,评审每个环节。从他们的文章中也可以看到,基本上每个重要的数字都采用不同方法检验,或独立验证,他们的数字是经得起推敲的。凭空猜测他们哪里做错了,肯定不靠谱。但是有可能什么地方他们没有想到,更有可能碰巧仪器的系统误差就是这样的。

  要核查这个实验结果,必须换实验、换人来进行。不同实验的系统误差不一样,再碰巧一次的可能性就比较低。下一步最重要的是用同样的试验方法重复这个实验。目前只有美国和日本有类似的装置。

  如果要换一种思路来检验,需要对中微子超光速这个实验结果有一定理解才行。近期内可能很难实现。说相对论算出来不对很容易,那么应该怎么算?没有人知道。所以也不知道怎么去设计新的实验思路。

  记者:也就是说,期待短时间内证明这个结果或者推翻这个结果都是不现实的?

  曹俊:是的,如果美国和日本的同类实验以前没有设计精确的时间测量,以前的数据都没有用,5年之内可能都不会有定论。如果有,也至少要一年的时间精确测距离,处理数据。

  记者:我们有一个疑问,发现中微子超光速的这个实验是用相对论公式计算出理论上中微子到达时间,然后发现实际到达时间比理论上提前,甚至比光速到达时间还早,这才推出了中微子超光速的结果。实际上,它运用的还是相对论的公式。但如果相对论是错的,那么这个公式就是不存在的,那么它计算的这个时间就成了无本之木,你怎么能通过一个你证明是错误的途径来推导出一个结论以证明这个途径是错误的呢?

  曹俊:如果相对论是对的,我们就可以用它来算预期时间,并与实验结果比较。如果相对论是错的,好吧,它已经错了。

  如果相对论是错的,真的存在穿越,也许他们探测到的中微子是“N年以后”的中微子,现在还没发出来呢。所以欧洲的纳税人必须支持欧洲核子中心继续发射中微子,意大利的纳税人必须支持OPERA继续探测N年,不能因为债务危机就给停了,要不然现在测到的中微子就消失了。开个玩笑。

  记者:这真是一个玄妙的问题。我们退回到实验本身,如果有问题,问题可能出在哪里?

  曹俊:OPERA实验是一个中微子实验,但是在这里,中微子的探测不是关键,关键是距离和时间的精确测量。我在科学网上有一篇博客,专门讲这个“超光速”中微子实验中的测量问题。我不是测量专家,所以事先跟我们所的测量专家讨论过,写完了也请他们看了一下,他们说没问题。距离和时间的精确测量不是一件简单的事,但是是可以做到的,至少比推翻相对论容易得多。

  还有一个很容易被错误理解的地方。现在很多新闻说这个实验检测到了16000次超光速现象,这是不对的,全部加起来只能算1次。他们的官方新闻稿和采访也没有说这样的话,估计是翻译错了。它比较的并不是每一个中微子的飞行时间,而是全部中微子的时间分布。这里需要对全部中微子的到达时间结构做一个拟合,不确定性会高一些,但这个问题太专业,很难用通俗的语言来表达。

  记者:如果实验结果有问题,就有可能出自这几个方面吗?

  曹俊:正确的道路只有一个,但是错误却会有千千万万种。OPERA实验采用的距离和时间测量技术,原则上都是可以做到的。虽然不排除某个环节出错,但原理和技术不用质疑。我相信OPERA实验以及他们请的瑞士计量局和德国计量局的专家肯定考虑得比我全面、详细得多,这些简单的错误他们应该不会犯。我们没有做过类似的实验,也没有亲身经历OPERA实验,凭空去判断他们是否出错、在哪个方向、哪个环节上出错是不科学、不负责任的。

  “开个玩笑:如果相对论是错的,

  也许探测到的中微子是N年以后的”

  记者:对于这个实验结果,您本人相信吗?

  曹俊:我持保留态度。相对论是已经被无数次实验证明过的,而这个实验结果还缺乏反复验证,我个人是不太相信它能推翻相对论的。不过保持开放的态度没有坏处,也可以想一想,万一推翻了会怎么样?或者想一想,中微子有什么性质才能造成这个实验结果?现在有一些这样的理论,但离实践检验都还远。

  记者:其实,中微子振荡已经被确认了,还拿了2002年的诺贝尔奖,为什么还要做OPERA实验去检验?

  曹俊:相对论被检验的次数更多,为什么大家还要去检验呢?理论就是要不断地用实验去验证,实验也是为了找出现有理论的漏洞乃至谬误,这样才会导致新的重大的科学发现。科学中有专门一个“科学学”,或者说科学哲学,研究什么叫科学。其中有一个流派波普尔哲学就认为,真不能被证明,只有伪可以被证明。在相对论中,有质量的粒子只能逼近光速,永远也不能达到光速。同样,终极真理只能逼近,不能达到。我欣赏并相信这个观点。

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